JP4014485B2

JP4014485B2 - Rotation control method in tapping

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Publication number: JP4014485B2
Application number: JP2002307711A
Authority: JP
Inventors: 澤泰則武
Original assignee: Matsuura Machinery Corp
Current assignee: Matsuura Machinery Corp
Priority date: 2002-10-23
Filing date: 2002-10-23
Publication date: 2007-11-28
Anticipated expiration: 2022-10-23
Also published as: JP2004141991A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、工作機械などの分野において採用されているタップによる穴あけ加工におけるタップの回転速度の制御に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
タップ工具は、主軸の先端に固着され、主軸と共に回転しながら、所定の前方位置に設置されている工作の対象物に向かって前進し、かつタップ工具の先端が当該対象物に当接した後には、当該対象物において予め形成されている下穴に沿って回転しながらタップ工具を前進しかつ挿入することによって、目標とする穴を形成し、その後形成した穴に沿ってタップ工具を後退しかつ脱退させ、元の位置に戻るという工程を経ている。
【０００３】
タップ工具は、所定のピッチにしたがって、回転の数及び回転方向にしたがって、前記のように前進及び後退を行っているが、タップ工具の全移動距離の内、所定の距離（通常全移動距離の１／２の距離）に至る以前の段階では加速が行われ、当該所定の移動距離だけ移動した以後の段階では減速が行われ、タップ工具の先端が目標とする穴の深さにまで到達した段階では、回転速度を零とするように予め設定されている。
【０００４】
従来主軸が切削に至る回転加速度は、１段階又は精々２段階による所定の回転角加速度によって加速されており、対象物の素材、穴の径、設定される最大速度などによって規定される切削の条件において適宜変更している訳ではない。
【０００５】
しかも、切削段階において主軸の回転に必要なトルク（Ｔ_ａ）は特定されているが、当該主軸トルク（Ｔ_ａ）とは無関係に、主軸の回転開始段階における回転角加速度を設定しており、しかも大抵の場合、必要以上に低い値に設定している。
【０００６】
そして、前記回転角速度を低い値に設定していることは、タップ工具が所定の移動距離だけ移動した以後の段階において同一の割合を以って減速される場合にも、減速の程度が必要以上に小さい値に設定されていることを意味している。
【０００７】
このように、加速の程度及び減速の程度が小さいことは、切削作業に要する時間を必要以上に長く設定していることを意味しており、作業効率上改善を必要としていた。
【０００８】
主軸モータは、通常トルク（Ｔ）が、基底回転速度に至るまで一定のトルク（Ｔ_０）であり、当該基底回転速度を超えた段階にて、回転速度の増大に伴って順次減少するような設計が行われている。
【０００９】
そして、従来技術において、前記のように主軸の回転開始段階における回転角加速度及び回転角減速度の程度を必要以上に小さく設定していることは、主軸モータが本来発揮し得るトルクを十分活用していないことを意味している。
【００１０】
【関連特許１】
特開２００１−２８７１１８
【関連特許２】
特開平１０−０７８８１０
【関連特許３】
特開平１０−０７６４４４
【関連特許４】
特開平１０−０３９９１５
【関連特許５】
特開平０５−２６５５２２
【関連特許６】
特開平０５−１７３６１７
【関連特許７】
特開平０５−１４６９４８
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、従来技術の前記のような問題点をクリアし、タップ工具に基づく穴形成過程において、主軸の回転を適切に制御することによって、穴あけにおける
作業効率を向上させ、かつ主軸モータのトルクを十分活用することを課題とするものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明の構成は、
（イ）予め下穴を形成している工作対象物に対し、主軸によって回転しているタップ工具を挿脱しながら、対象物に所定の深さ及び径による穴を形成するタップ穴形成加工において、切削に必要なトルク（Ｔ _Ｌ）を、下記の一般式によって予め設定したうえで、主軸の回転開始時から主軸の回転角速度（ω）が回転主軸モータの基底回転角速度（ω_０）に至る以前の段階に、主軸の回転開始角加速度として、主軸モータが発生する一定トルク（Ｔ_０）から対象物の切削に必要なトルク（Ｔ_Ｌ）を差し引くこと（Ｔ_０−Ｔ_Ｌ）によって、加減速トルク（Ｔ_ａ）を求め、主軸の慣性モーメント（Ｉ）によって除すること（Ｔ_ａ／Ｉ）によって得られた主軸の回転角加速度（ｄω／ｄｔ）を選択することに基づくタップ穴あけ加工における回転制御方法、
記

（但し、Ｄ：タップ外径（ｍ）、ｄ：下穴径（ｍ）、θ：ねじ山の半角度、Ｋ _１：被切削抵抗（ kgf ／ｍ ^２）、Ｋ _２：タップ形状及び切り屑による補正係数（単位なし））
（ロ）予め下穴を形成している工作対象物に対し、主軸によって回転しているタップ工具を挿脱しながら、対象物に所定の深さ及び径による穴を形成するタップ穴形成加工において、切削に必要なトルク（Ｔ _Ｌ）を、下記の一般式によって予め設定したうえで、主軸の回転開始時から主軸の回転角速度（ω）が回転主軸モータの基底回転角速度（ω_０）に至る以前の段階に、主軸の回転開始角加速度として、タップ工具の先端が対象物に到達するまでは、主軸モータが発生する一定トルク（Ｔ_０）を主軸の慣性モーメント（Ｉ）によって除すること（Ｔ_０／Ｉ）によって得られた主軸の回転角加速度（ｄω／ｄｔ）を選択し、タップ工具の先端が対象物に当接した以後は、主軸モータが発生する一定トルク（Ｔ_０）から、対象物の切削に必要なトルク（Ｔ_Ｌ）を差し引くこと（Ｔ_０−Ｔ_Ｌ）によって、加減速トルク（Ｔ_ａ）を求め、主軸の慣性モーメント（Ｉ）によって除すること（Ｔ_ａ／Ｉ）によって得られた主軸の回転角加速度（ｄω／ｄｔ）を選択することに基づくタップ穴あけ加工における回転制御方法、
記

（但し、Ｄ：タップ外径（ｍ）、ｄ：下穴径（ｍ）、θ：ねじ山の半角度、Ｋ _１：被切削抵抗（ kgf ／ｍ ^２）、Ｋ _２：タップ形状及び切り屑による補正係数（単位なし））
からなる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
主軸モータにおいて発生しているトルク（Ｔ）は、主軸の回転に要するトルク（正確には主軸及びタップ工具の回転に要するトルク）Ｔ_ａ及び切削に要するトルク、即ち切削トルクＴ_Ｌに費されることから、
Ｔ_ａ＋Ｔ_Ｌ＝Ｔ
が成立する。
【００１４】
通常、穴を形成する場合の切削に要するトルク（Ｔ_Ｌ）は、タップ外径（Ｄ）、下穴径（ｄ）、切削抵抗などによって左右されるが、タップの回転速度によって変化する訳ではない。
【００１５】
因みに、切削トルクについて以下のような理論式が提唱され、かつ基本的に確立されている。
【００１６】

（但し、Ｄ：タップ外径（ｍ）、ｄ：下穴径（ｍ）、θ：ねじ山の半角度、Ｋ_１：被切削抵抗（kgf／ｍ^２）、Ｋ_２：タップ形状及び切り屑による補正係数（単位なし））
図１に示すように、本願発明に係る主軸モータにおいて発生しているトルク（Ｔ）は、従来技術の場合と同様に、基底回転角速度（ω_０）に至るまでは一定トルク（Ｔ_０）を呈し、基底回転角速度（ω_０）を超えた場合には、回転角速度の増大に伴って減少している。
【００１７】
この結果、主軸モータにおいて発生している一定トルク（Ｔ _０）、主軸トルク（Ｔ _ａ）、前記のように基本的に確立されている理論式に基づく切削トルク（Ｔ _Ｌ）、主軸モータによる出力（Ｐ）と角速度（ω）との間には、図１に示すように、以下の如き近似式が成立している（尚、後記の（１）の２式は、理論上の数式であるが、このような理論上の数式と雖も、実際の現場においては、その通り成立する訳ではなく、近似式として機能していることを考慮し、以下の説明において、等号（＝）は、近似式をも包摂する趣旨にて使用することにする。）。
【００１８】
Ｔ_ａ＋Ｔ_L＝Ｔ_０（０≦ω≦ω_０） ……（１）の１
Ｔ_ａ＋Ｔ_L＝Ｐ／ω（ω≧ω_０） ……（１）の２
他方、主軸の慣性モーメントをＩとした場合、主軸トルク（Ｔ_ａ）と、回転角加速度（ｄω／ｄｔ）との間には、
Ｔ_ａ＝（ｄω／ｄｔ）・Ｉが成立する。
【００１９】
前記（イ）の構成においては、予め切削トルク（Ｔ_Ｌ）を前記理論式に基づいて特定したうえで、主軸の回転開始後の回転角加速度ｄω／ｄｔにつき、
ｄω／ｄｔ＝（Ｔ_０−Ｔ_L）／Ｉ ……（２）の１
による大きさを選択することを基本的特徴としている。
【００２０】
このような回転開始後の回転角加速度がｄω／ｄｔを採用することによって、回転開始後の主軸のトルクは、
Ｔ_ａ＝Ｉ・（ｄω／ｄｔ）＝Ｔ_０−Ｔ_L
が成立する。
【００２１】
即ち、このような主軸の回転開始後の回転角加速度（ｄω／ｄｔ）として前記（２）の１式と同一の大きさを採用している場合には、自ずと
Ｔ_ａ＋Ｔ_L＝Ｔ_０
が成立し、しかも上記（２）式は、タップ工具が対象物の下穴に挿入され、スムースに切削トルクＴ_Ｌによる切削に移行することになる。
【００２２】
前記（ロ）の構成においては、主軸の回転開始後の回転角加速度（ｄω／ｄｔ）につき、タップ工具の先端が対象物に当接する前の段階では、
ｄω／ｄｔ＝Ｔ_０／Ｉ ……（２）の２
による大きさを選択し、当接した以後の段階では、（２）の１式の大きさを選択することを特徴としている。
【００２３】
このような回転開始後の回転角加速度（ｄω／ｄｔ）を採用した場合には、前記（イ）の構成よりも速やかに対象物に当接し、しかも当接した以後においては、前記（イ）の構成と同じように、切削トルクＴ_Ｌによる切削に移行することになる。
尚、（２）の２式による回転角加速度（ｄω／ｄｔ）によって得られる慣性モーメント（Ｉ・（ｄω／ｄｔ））は、切削トルク（Ｔ_Ｌ）に吸収されることになる。
【００２４】
実際の作業現場において、前記（イ）、（ロ）の構成に基づき、上記（２）の１式、及び２式によるｄω／ｄｔを算出するには、コンピューターのプログラムを使用する場合が多い。
【００２５】
前記（イ）、（ロ）の何れの構成においても、切削段階においては、前記（２）の１式による回転角加速度（ｄω／ｄｔ）を採用しているので、主軸モータが基底回転角速度（ω_０）に至るまで、主軸モータが発揮し得るトルク（Ｔ）の一定トルク（Ｔ_０）を活用している。
【００２６】
切削トルク（Ｔ_Ｌ）は、切削の対象物、切削する穴の径などに基づいて変化するが、このような切削トルク（Ｔ_L）の変化に対応して、前記（２）による回転角加速度（ｄω／ｄｔ）を変化させた場合には、異なる切削トルク（Ｔ_Ｌ）に対応して、図２に示すように、主軸の回転角速度（ω）の上昇の程度（時間《ｔ》の変化に伴う増大の程度）を適宜調節することができる。
【００２７】
上記（１）の１式は、主軸モータの回転角速度が基底速度以内である場合に成立する一般式である。
【００２８】
したがって、予め設定されている（通常主軸の制御に関与しているコンピュータープログラムが設定している場合が多い。）の主軸モータの最大回転角速度（ω_ｍ）が、主軸モータの基底回転角速度（ω_０）以内である場合（ω_ｍ≦ω_０）には、最大回転角速度（ω_ｍ）に至るまで、前記（イ）、（ロ）の構成による回転角加速度（ｄω／ｄｔ）を選択した場合には、他の回転角加速度を選択する必要はない。
【００２９】
前記最大回転角速度（ω_ｍ）が、主軸モータの基底回転角速度（ω_０）以内である場合（ω_ｍ≦ω_０）においても、タップ工具が全体の移動距離（Ｌ）の内の１／２の距離（Ｌ／２）だけ移動した後においては、順次回転角速度を減速させ、全移動距離（Ｌ）だけ移動した段階では、主軸の回転角速度（ω）が零となるように制御する必要がある。
【００３０】
このような回転角速度の減速による制御方法は千差万別であって、特に限定される訳ではない。
【００３１】
但し、以下に述べるように、全移動距離（Ｌ）の内の１／２の距離（Ｌ／２）だけタップ工具が移動した場所を境として、回転角加速度（ｄω／ｄｔ）と同一の大きさによる回転角減速度−（ｄω／ｄｔ）によって減速することによって、タップ工具が全移動距離（Ｌ）だけ移動した段階にて回転角速度（ω）を零とするような制御方法は、比較的簡単な制御であって、極めて便利である。
【００３２】
前記（イ）、（ロ）の構成の何れにおいても、タップ工具が全移動距離（Ｌ）の内の１／２の距離（Ｌ／２）だけ移動する前に、主軸の回転角速度が最大値（ω_ｍ）に達した場合には、例えば、図３（ａ）（前記（イ）の構成の場合）、（ｂ）（前記（ロ）の構成の場合）に示すように、最大回転角速度に至った後、当該最大回転角速度を継続し、前記１／２の移動距離（Ｌ／２）を超え、更に全移動距離（Ｌ）から、最大回転角速度（ｄω／ｄｔ）に至るまでに移動した距離（Ｌ_１）を差し引いた距離（Ｌ−Ｌ_１）だけ移動した後、加速の段階と同一の速さによる減速（前記（イ）の構成の場合には、前記（２）の１式のｄω／ｄｔと同一の大きさによる−（ｄω／ｄｔ）による減速、前記（ロ）の構成の場合には、前記（２）の２式及び前記（２）の１式によるｄω／ｄｔとそれぞれ同一の大きさによる−（ｄω／ｄｔ）による減速）を行うことによって、タップ工具の先端が穴の先端部に至った段階において回転を停止させる減速の制御方法は、時間及び距離に対応して、反対形相の制御が簡単であって、極めて便利である。
【００３３】
尚、前記（ロ）の構成において、タップ工具の先端が対象物に当接するまでの回転角加速度（ｄω／ｄｔ）をＴ_０／Ｉと設定しており、当該回転角加速度は切削工程中に実現することは不可能である。
但し、当該回転角加速度と同一の大きさによる回転減速度（−Ｔ_０／Ｉ）は、主軸の回転に必要なトルク（Ｔ_ａ）を減少させた分だけ切削トルク（Ｔ_Ｌ）に転用することによって実現することができる。
【００３４】
前記（イ）、（ロ）の構成の何れにおいても、タップ工具が全移動距離（Ｌ）の１／２の距離（Ｌ／２）の距離を移動するも、主軸の回転速度が前記最大回転角速度（ω_ｍ）に至っていない場合には、引き続き、主軸の回転角速度を前記（２）の１式の回転角加速度（ｄω／ｄｔ）によって前記最大回転角速度（ω_ｍ）に至るまで上昇させたうえで、その後主軸の回転速度を急激に減速させたうえで、タップ工具の先端が穴の先端に一致した段階において、回転を停止させるような制御は無論可能である。
【００３５】
しかし、タップ工具が全移動距離（Ｌ）の１／２の距離（Ｌ／２）だけ移動した段階において、前記最大回転角速度（ω_ｍ）に至っていないとしても、図３（ｃ）（前記（イ）の構成の場合）、（ｄ）（前記（ロ）の構成の場合）に示すように、当該１／２の距離（Ｌ／２）の距離だけ移動した以後、加速の段階と同一の速さによる減速（前記（イ）の構成の場合には、前記（２）の１式のｄω／ｄｔと同一の大きさによる−（ｄω／ｄｔ）による減速、前記（ロ）の構成の場合には、前記（２）の２式及び前記（２）の１式によるｄω／ｄｔとそれぞれ同一の大きさによる−（ｄω／ｄｔ）による減速）を行うことによって、タップ工具の先端が穴の先端に至った段階において、回転角速度を零の状態とする制御は、制御方法として簡単であって、極めて便利である。
【００３６】
前記（イ）、（ロ）の構成の何れにおいても、予め設定した最大回転角速度（ω_ｍ）が主軸モータの基底回転角速度（ω_０）よりも大きい場合には、タップ工具が全移動距離（Ｌ）の１／２の距離（Ｌ／２）だけ移動する前に、既に主軸の回転角速度（ω）が当該基底回転角速度（ω_０）を超える場合が生じ得る。
【００３７】
この場合には、主軸の回転角速度（ω）は、前記（１）の２式から、以下のような微分方程式にしたがって回転することになる。
【００３８】

上記微分方程式の一般解は、

である（但し、時間ｔは、主軸の回転角速度がω_０の場合、即ちω＝ω_０の場合を零と設定している。）。
【００３９】
一般に、Ｐ／Ｔ_Ｌ≫ωであることを考慮するならば、上記微分方程式の近似解として、

による関係式を得ることができる。
【００４０】
即ち、前記（イ）、（ロ）の構成の何れにおいても、主軸の回転角速度が、基底回転角速度ω_０に至った後には、前記（１）の２式の微分方程式に基づいて、前記（３）の解又は前記（３）’の近似解によるωとｔの関係に基づき、タップ工具は、回転しながら穴の先端側に移動する。
【００４１】
前記（１）の２式を充足する回転角加速度は、ｄω／ｄｔ＝（Ｐ−Ｔ_Ｌω）／Ｉωであって、前記（３）’式より

（但し、ｔは、ω＝ω_０に至った場合を零としている。）
を得ることができ、主軸の回転角加速度は、上記のように時間ｔを経るにしたがって順次減少していく。
【００４２】
前記（イ）の構成において、前記（２）の１式及び前記（４）式にしたがって加速を行う場合、及び前記（ロ）の構成において、前記（２）の２式、（２）の１式、及び前記（４）式にしたがって加速を行う場合の何れの場合にも、タップ工具が全体の移動距離の１／２の距離（Ｌ／２）だけ移動する前に、最大回転角速度（ω_ｍ）に至った場合には、前記図４（ａ）（前記（イ）の構成の場合）、（ｂ）（前記（ロ）の構成の場合）に示すように、当該最大回転角速度を維持した状態にて、主軸及びタップ工具は、回転及び前進を行い、上記１／２の距離（Ｌ／２）だけ移動し、その後、全移動距離（Ｌ）から、最大回転角速度（ω _ｍ）に至るまでに移動した距離（Ｌ_１）を差し引いた距離（Ｌ−Ｌ_１）だけ移動した後、加速の段階と同一の大きさによる減速（前記（イ）の構成の場合には、前記（２）の１式のｄω／ｄｔと同一の大きさによる−（ｄω／ｄｔ）による減速、前記（ロ）の構成の場合には、前記（２）の２式及び前記（２）の１式によるｄω／ｄｔとそれぞれ同一の大きさによる−（ｄω／ｄｔ）による減速）を行うことによって、タップ工具の先端が穴の先端部に至った段階において、回転を停止させるような制御は無論可能である。
【００４３】
前記（イ）の構成において、前記（２）の１式及び前記（４）式にしたがって加速を行う場合、及び前記（ロ）の構成において、前記（２）の２式、（２）の１式、及び前記（４）式にしたがって加速を行う場合の何れの場合にも、タップ工具の移動距離が全体の移動距離の１／２に達するも、主軸の回転角速度（ω）が前記最大回転角速度（ω_ｍ）に至らない場合には、前記図４（ｃ）（前記（イ）の構成の場合）、（ｄ）（前記（ロ）の構成の場合）に示すように、当該１／２の距離（Ｌ／２）だけ移動した以後、加速の段階と同一の速さによる減速（前記（イ）の構成の場合には、前記（２）の１式のｄω／ｄｔと同一の大きさによる−（ｄω／ｄｔ）による減速、前記（ロ）の構成の場合には、前記（２）の２式及び前記（２）の１式によるｄω／ｄｔとそれぞれ同一の大きさによる−（ｄω／ｄｔ）による減速）を行うことによって、タップ工具の先端が開口する穴の先端に至った段階において、回転を停止させるような制御は無論可能である。
【００４４】
このように、予め設定している最大回転角速度（ω_ｍ）が、基底回転角速度（ω_０）以下の場合、又は最大回転角速度（ω_ｍ）が、基底回転角速度（ω_０）よりも大きい場合の何れにおいても、タップ工具の全移動距離の１／２だけ移動した場合において、主軸の回転角速度が前記最大回転角速度（ω_ｍ）に至らない場合が生ずるが、このような場合であっても、従来技術の場合に比し、主軸の回転開始段階における回転角加速度（ｄω／ｄｔ）を前記（２）の１式（前記（イ）の構成の場合）、又は前記（２）の２式、及び（２）の１式（前記（ロ）の構成の場合）となるように選択することによって、切削トルク（Ｔ_Ｌ）の大きさに応じて順次変化させ、主軸モータが発生し得るトルクを有効に利用し、かつ穴の切削工程における作業効率を向上させることができる。
【００４５】
以下実施例にしたがって説明する。
【００４６】
【実施例１】
実施態様の項において説明したように、前記（イ）の構成及び（ロ）の構成の何れにおいても、プログラムが設定している最大回転角加速度（ω_ｍ）と、主軸モータの基底回転角速度（ω_０）の大小関係如何に拘らず、タップ工具が全体の移動距離の１／２の距離（Ｌ／２）だけ移動した段階にて、前記最大回転角速度（ω_ｍ）に至らない場合が生じ得る。
【００４７】
実施例１においては、前記のように１／２の距離だけ移動した段階における回転角速度が、前記最大回転角速度（ω_ｍ）に至らないことが判明しており、しかも前記最大回転角速度（ω_ｍ）が前記基底回転角速度（ω_０）以下（ω_ｍ≦ω_０）の場合において、主軸の回転開始における回転角加速度を前記（２）の１式（前記（イ）の構成の場合）、又は前記（２）の２式、及び（２）の１式（前記（ロ）の構成の場合）ではなく、タップ工具が全体の移動距離の１／２の距離（Ｌ／２）だけ移動した段階において、回転角速度が前記最大回転角速度（ω_ｍ）となるような回転角加速度を加えることを特徴としている。
【００４８】
タップ工具による全体の移動距離をＬとし、タップ工具が１回転する場合、前進するピッチの幅をｂとし、タップ工具がＬ／２の距離だけ移動する時間をｔ_１とした場合には、Ｌ／２＝２πｂ・（ｄω／ｄｔ）・ｔ_１ ^２／２が成立し、他方、ω_ｍ＝（ｄω／ｄｔ）・ｔ_１であることから、
ｄω／ｄｔ＝２πｂω_ｍ ^２／Ｌ ……（５）
を得る。
【００４９】
このように、実施例１においては、図５（ａ）に示すように、前記最大回転角速度（ω_ｍ）が主軸モータの基底回転角速度（ω_０）以下（ω_ｍ≦ω_０）である場合において、主軸に対し当初から前記（５）式を充足するような回転角速度を加え、タップ工具が回転移動距離の１／２の距離（Ｌ／２）に至った段階において、最大回転角速度（ω_ｍ）に達し、その後の減速方法は、要するに、タップ工具が全移動距離（Ｌ）だけ移動した段階において、主軸の回転角速度（ω）が零となるような回転角速度（ω）の減速制御を行えば良い。
【００５０】
但し、上記（５）式と同一の回転角速度を以って減速し、タップ工具の先端位置が開口する穴の先端に達した段階において、回転角速度は零となり、かつタップ工具の前進も停止する減速の制御方法は、時間及び距離に対応して、反対形相の制御が可能であって、極めて便利である。
【００５１】
【実施例２】
実施例１は、前記最大回転角速度（ω_ｍ）が、基底回転角速度（ω_０）以下（ω_ｍ≦ω_０）であることを前提としているが、このような保証は全くなく、寧ろその逆（ω_ｍ＞ω_０）の場合は決して少なくない。
【００５２】
しかも前記最大回転角速度（ω_ｍ）が、主軸モータの基底回転角速度（ω_０）よりも大きい場合に、そのような状態に陥る場合が多い。
【００５３】
実施例２においても、前記（２）式にしたがって、主軸の回転開始後の回転角加速度を選択した場合には、タップ工具が全体の移動距離の１／２の距離（Ｌ／２）だけ移動するも、回転角速度が前記最大回転角速度（ω_ｍ）に達しないことが予め判明している場合を前提としている。
【００５４】
但し、実施例２においては、前記最大回転角速度（ω_ｍ）と基底回転角速度（ω_０）の大小関係如何を問わず、タップ工具の先端が、工作の対象物に当接した段階において、主軸の回転角速度が前記最高回転角速度となるような加速を行っている。
【００５５】
タップ工具が対象物に当接するまでに移動する距離をＬ’とし、タップ工具が１回転する場合、前進するピッチの幅をｂとし、タップ工具がＬ’の距離だけ移動する時間をｔ’とした場合には、
Ｌ’＝２πｂ・（ｄω／ｄｔ）・ｔ’^２／２
が成立し、他方、ω_ｍ＝（ｄω／ｄｔ）・ｔ’であることから、
ｄω／ｄｔ＝πｂω_ｍ ^２／Ｌ’ ……（６）
を得る。
【００５６】
このように、前記（２）の１式（前記（イ）の構成の場合）、又は前記（２）の２式、及び（２）の１式（前記（ロ）の構成の場合）に代えて前記（５）式を選択することによって、タップ工具が対象物に当接された段階において前記最大回転角速度に達しており、その後は、前記図５（ｂ）に示すように、最大回転角速度（ω_ｍ）の回転速度にしたがって、回転及び前進を行い、その後の減速は、要するに、タップ工具が全移動距離（Ｌ）だけ移動した段階で、回転角速度（ω）が零となるような減速制御を行えば良い。
【００５７】
但し、タップ工具が全移動距離（Ｌ）から前記当接するに至る距離（Ｌ’）を差し引いた距離（Ｌ−Ｌ’）だけ移動した後において、前記（６）式と同一の大きさによる回転角減速度−（ｄω／ｄｔ）によって減速を行い、タップ工具の先端位置が開口する穴の先端に達した段階において、回転速度は零となり、タップ工具の前進も停止する減速の制御方法は、時間及び距離に対応して、反対形相の制御が可能であって、極めて便利である。
【００５８】
実施例２の場合には、タップ工具の先端が、対象物に当接した段階にて既に前記最大回転角速度（ω_ｍ）に至っているため、主軸が速やかに最高回転角速度に達しており、極めて効率的な回転制御を実現することができる。
【００５９】
但し、実施例２の場合には、タップ工具の全移動距離（Ｌ）の１／２の距離（Ｌ／２）が、前記当接に至るまでにタップ工具が移動する距離（Ｌ’）より大きいこと（Ｌ＞２Ｌ’）であることを当然の前提としている。
【００６０】
【実施例３】
実施例１及び同２は、何れもタップ工具が、回転によって前進し、かつ対象物において穴を形成する場合を示しているが、実施例３は、該前進及び形成が終了した後の具体例を示す。
【００６１】
即ち、実施例３は、タップ工具がタップ穴の先端位置に至った後、タップ工具を元の位置に戻す工程において、主軸の回転開始時から主軸の回転角速度（ω）が回転主軸モータの基底回転角速度（ω_０）に至る以前の段階に、主軸モータが発生する一定トルク（Ｔ_０）から対象物との摩擦に必要なトルク（Ｔ_Ｌ’）を差し引くこと（Ｔ_０−Ｔ_Ｌ’）によって、加減速トルク（Ｔ_ａ’）を求め、主軸の慣性モーメント（Ｉ）によって除すること（Ｔ_ａ’／Ｉ）によって得られた主軸の回転角加速度（ｄω／ｄｔ）を戻る際の主軸の回転開始角加速度として選択することを特徴としている。
【００６２】
タップ工具が前記回転角加速度（ｄω／ｄｔ）にしたがって回転し、回転角速度（ω）が、主軸モータの基底回転角速度（ω_０）に至った場合には、前記（４）式（但し、（４）式のＴ_Ｌに代えて前記Ｔ_Ｌ’が挿入されることになる。）の回転角加速度にしたがって回転することにならざるを得ない。
【００６３】
タップ工具が全体の移動距離（Ｌ）の１／２の距離（Ｌ／２）だけ後退した後において、元の位置に戻った段階において、主軸の回転角速度（ω）が零となるような制御の仕方は、随時選択することができる。
但し、前記（イ）、（ロ）の何れの構成においても、図３、図４に示す場合と同様に、全体の移動距離（Ｌ）の１／２の距離（Ｌ／２）だけ移動した場所を境として、当該場所に移動するまでの回転角加速度（ｄω／ｄｔ）と同一の大きさによる回転角減速度−（ｄω／ｄｔ）を以って主軸の回転角速度を減少させる制御方法が簡単であり、かつ便利である。
【発明の効果】
このように、本発明は、主軸モータが発生させたトルクを有効に活用することによって、切削速度を向上させ、ひいては穴の形成に関する切削作用効率を向上することができ、タップ工具を使用した穴の形成において、画期的な意義を有している。
【図面の簡単な説明】
【図１】主軸モータの回転角速度（ω）と、発生するトルク（Ｔ）との関係を示すグラフ。
【図２】本発明の基本原理を示す時間（ｔ）と主軸の回転角速度（ω）との関係を表すグラフ（尚、Ｔ_Ｌ１、Ｔ_Ｌ２、Ｔ_Ｌ３は、切削トルクＴ_Ｌがそれぞれ異なる値であることを示している。）。
【図３】最大回転角速度（ω_ｍ）が、基底回転角速度（ω_０）より小さい場合において、実施態様の基本的作用を表すための移動距離（ｘ）と主軸の回転角速度（ω）を示しているグラフであって、（ａ）、（ｂ）は、タップ工具が全移動距離の１／２の距離だけ移動する以前に最大回転角速度（ω_ｍ）に至っている場合の前記（イ）の構成の場合、及び（ロ）の構成の場合をそれぞれ示しており、（ｃ）、（ｄ）は、タップ工具が全移動距離の１／２の距離だけ移動するも、最大回転角速度（ω_ｍ）に至っていない場合の前記（イ）の構成及び（ロ）の構成の場合をそれぞれ示す。
【図４】最大回転角速度（ω_ｍ）が基底回転角速度（ω_０）以上であり、かつ主軸の回転角速度が基底回転角速度を超える場合において、実施態様の基本的作用を表すための移動距離（ｘ）と主軸の回転角速度（ω）を示しているグラフであって、（ａ）、（ｂ）は、タップ工具が全移動距離の１／２の距離だけ移動する以前に最大回転角速度（ω_ｍ）に至っている場合の前記（イ）の構成の場合、及び（ロ）の構成の場合をそれぞれ示しており、（ｃ）、（ｄ）は、タップ工具が全移動距離の１／２の距離だけ移動するも、最大回転角速度（ω_ｍ）に至っていない場合の前記（イ）の構成及び（ロ）の構成の場合をそれぞれ示す。
【図５】実施例１、２の基本的作用を表すための移動距離（ｘ）と主軸の回転角速度（ω）を示しているグラフであって、（ａ）は、実施例１の場合を示しており、（ｂ）は、実施例２の場合を示している。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
  The present invention relates to control of the rotational speed of a tap in drilling with a tap employed in the field of machine tools and the like.
[0002]
[Prior art]
  After the tap tool is fixed to the tip of the main shaft and rotates together with the main shaft, the tap tool advances toward the object of the work set at a predetermined forward position, and the tip of the tap tool comes into contact with the object. Forms a target hole by advancing and inserting the tap tool while rotating along a preformed hole in the object, and then retracts the tap tool along the formed hole. In addition, the process of withdrawing and returning to the original position is performed.
[0003]
  The tap tool moves forward and backward as described above according to the number of rotations and the direction of rotation according to a predetermined pitch. Of the total travel distance of the tap tool, a predetermined distance (usually the total travel distance) Acceleration was performed in the stage before reaching 1/2 distance), and deceleration was performed in the stage after moving the predetermined movement distance, and the tip of the tap tool reached the target hole depth. At the stage, the rotation speed is preset to zero.
[0004]
  Conventionally, the rotational acceleration at which the spindle reaches cutting is accelerated by a predetermined rotational angular acceleration in one or two stages, and the cutting conditions specified by the material of the object, the diameter of the hole, the maximum speed set, etc. However, they are not changed appropriately.
[0005]
  Moreover, the torque (T_a) Is specified, but the spindle torque (T_a), The rotational angular acceleration at the stage of starting the rotation of the spindle is set, and in most cases, it is set to a value lower than necessary.
[0006]
  And, setting the rotational angular velocity to a low value means that the degree of deceleration is more than necessary even when the tap tool is decelerated at the same rate in the stage after moving the predetermined moving distance. It means that it is set to a small value.
[0007]
  As described above, the fact that the degree of acceleration and the degree of deceleration are small means that the time required for the cutting operation is set longer than necessary, and improvement in work efficiency is required.
[0008]
  The spindle motor has a constant torque (T) until the normal torque (T) reaches the base rotational speed.₀The design is such that, when the rotation speed is increased, the voltage decreases sequentially as the rotation speed increases.
[0009]
  In the prior art, as described above, the degree of the rotation angular acceleration and the rotation angle deceleration at the stage of starting the rotation of the spindle is set to be smaller than necessary. It means not.
[0010]
[Related Patent 1]
  JP 2001-287118 A
[Related Patent 2]
  JP 10-078810 A
[Related Patent 3]
  JP 10-076444
[Related Patent 4]
  JP 10-039915 A
[Related Patent 5]
  JP 05-265522 A
[Related Patent 6]
  JP 05-173617 A
[Related Patent 7]
  JP 05-146948 A
[0011]
[Problems to be solved by the invention]
  The present invention clears the above-mentioned problems of the prior art, and in the hole forming process based on the tap tool, by appropriately controlling the rotation of the main shaft,
It is an object to improve work efficiency and fully utilize the torque of the spindle motor.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
  In order to solve the above problems, the configuration of the present invention is as follows.
(A) In a tap hole forming process for forming a hole with a predetermined depth and diameter in an object while inserting / removing a tap tool rotated by a main shaft with respect to a work object in which a pilot hole is previously formed,Torque required for cutting (T _L ) In advance according to the following general formula:The rotation angular velocity (ω) of the spindle from the start of rotation of the spindle is the base rotation angular velocity (ω₀), A constant torque (T) generated by the spindle motor as the rotation start angular acceleration of the spindle.₀) To torque (T_L) Is subtracted (T₀-T_L), Acceleration / deceleration torque (T_a) And dividing by the moment of inertia (I) of the spindle (T_a/ I) Select the rotation angular acceleration (dω / dt) of the main axis obtained byDoControl method in tap drilling,
Record

(However, D: Tap outer diameter (m), d: Pilot hole diameter (m), θ: Half angle of thread, K ₁ : Cutting resistance ( kgf / M ² ), K ₂ : Correction factor due to tap shape and chips (no unit))
(B) In a tap hole forming process in which a hole with a predetermined depth and diameter is formed in the object while inserting and removing the tap tool rotating by the main shaft with respect to the work object in which the pilot hole is previously formed,Torque required for cutting (T _L ) In advance according to the following general formula:The rotation angular velocity (ω) of the spindle from the start of rotation of the spindle is the base rotation angular velocity (ω₀) Until the tip of the tap tool reaches the target object, the constant torque generated by the spindle motor (T₀) By the inertia moment (I) of the spindle (T₀/ I), the rotation angular acceleration (dω / dt) of the main shaft obtained by (I) is selected, and after the tip of the tap tool comes into contact with the object, a constant torque (T₀) To the torque (T_L) Is subtracted (T₀-T_L), Acceleration / deceleration torque (T_a) And dividing by the moment of inertia (I) of the spindle (T_a/ I) Select the rotation angular acceleration (dω / dt) of the main axis obtained byDoControl method in tap drilling,
Record

(However, D: Tap outer diameter (m), d: Pilot hole diameter (m), θ: Half angle of thread, K ₁ : Cutting resistance ( kgf / M ² ), K ₂ : Correction factor due to tap shape and chips (no unit))
Consists of.
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
  The torque (T) generated in the spindle motor is the torque required for rotation of the spindle (more precisely, torque required for rotation of the spindle and tap tool) T_aAnd torque required for cutting, that is, cutting torque T_LIs spent on
  T_a+ T_L= T
  Is established.
[0014]
  Usually, the torque required for cutting when forming a hole (T_L) Depends on the tap outer diameter (D), pilot hole diameter (d), cutting resistance, etc., but does not change depending on the rotation speed of the tap.
[0015]
  Incidentally, the following theoretical formula is proposed and basically established for the cutting torque.
[0016]

(However, D: TapOuter diameter(M), d: pilot hole diameter (m), θ: half angle of thread, K₁: Cutting resistance (kgf / m²), K₂: Correction factor due to tap shape and chips (no unit))
  Figure1As shown in Fig. 2, the torque generated in the spindle motor according to the present invention(T)Is equivalent to the base rotational angular velocity (ω₀) Until a constant torque (T₀) And the base rotational angular velocity (ω₀) Exceeds the value, it decreases as the rotational angular velocity increases.
[0017]
  As a result,Constant torque generated in the spindle motor (T ₀ ), Spindle torque (T _a ), Cutting torque (T based on the theoretical formula basically established as described above) _L ), By spindle motorAs shown in FIG. 1, the following approximate expression is established between the output (P) and the angular velocity (ω) (note that the following two expressions (1) are theoretical expressions) However, in the following explanation, an equal sign (=) is taken into consideration that these theoretical mathematical formulas and traps are not necessarily true in the actual field, but are functioning as approximate formulas. Is used to include approximate expressions.)
[0018]
    T_a+ T_L= T₀(0 ≦ ω ≦ ω₀) ... 1 of (1)
    T_a+ T_L= P / ω (ω ≧ ω₀) ... (1) 2
  On the other hand, when the moment of inertia of the spindle is I, the spindle torque (T_a) And rotational angular acceleration (dω / dt)
    T_a= (Dω / dt) · I holds.
[0019]
  In the configuration (a), the cutting torque (T_L)Specific based on the theoretical formulaIn addition, with respect to the rotational angular acceleration dω / dt after the start of rotation of the spindle,
    dω / dt = (T₀-T_L) / I 1 of (2)
  Select size byDoThis is a basic feature.
[0020]
  By adopting dω / dt as the rotation angular acceleration after the start of rotation, the torque of the main shaft after the start of rotation is
    T_a= I · (dω / dt) = T₀-T_L
  Is established.
[0021]
  That is, when the same magnitude as the above-mentioned formula (2) is adopted as the rotational angular acceleration (dω / dt) after the rotation of the main shaft starts,
  T_a+ T_L= T₀
In addition, the above equation (2) indicates that the tap tool is inserted into the pilot hole of the object and the cutting torque T is smoothly applied._LIt will shift to cutting by.
[0022]
  In the configuration of (b), at the stage before the tip of the tap tool comes into contact with the object with respect to the rotational angular acceleration (dω / dt) after the rotation of the main shaft starts,
    dω / dt = T₀/ I ...... (2) 2
Select the size by (1) and select the size of the set of (2) at the stage after contact.DoIt is characterized by that.
[0023]
  When such rotational angular acceleration (dω / dt) after the start of rotation is adopted, the contact with the object is quicker than the structure of (a), and after the contact, (b) Cutting torque T_LIt will shift to cutting by.
  The moment of inertia (I · (dω / dt)) obtained by the rotational angular acceleration (dω / dt) according to equation (2) is the cutting torque (T_L) Will be absorbed.
[0024]
  In an actual work site, in many cases, a computer program is used to calculate dω / dt according to the formulas (1) and (2) based on the configurations (b) and (b).
[0025]
  In any of the configurations (a) and (b), the rotational angular acceleration (dω / dt) according to the formula (2) is adopted in the cutting stage, so that the main shaft motor has a base rotational angular velocity ( ω₀) To a constant torque (T) that can be exerted by the spindle motor (T)₀).
[0026]
  Cutting torque (T_L) The object to be cut, the hole to be cutDiameterHowever, such a cutting torque (T_L) When the rotational angular acceleration (dω / dt) according to (2) is changed, the cutting torque (T_L2), as shown in FIG. 2, the degree of increase in the rotational angular velocity (ω) of the main shaft (the degree of increase associated with the change in time << t >>) can be adjusted as appropriate.
[0027]
  Formula (1) above is a general formula that is established when the rotational angular velocity of the spindle motor is within the base velocity.
[0028]
  Therefore, the maximum rotational angular velocity (ω of the spindle motor) that is set in advance (usually set by a computer program that is usually involved in spindle control)._m) Is the base rotational angular velocity (ω₀) (Ω)_m≦ ω₀) Includes the maximum rotational angular velocity (ω_m), When the rotational angular acceleration (dω / dt) according to the configurations (a) and (b) is selected, it is not necessary to select another rotational angular acceleration.
[0029]
  Maximum rotational angular velocity (ω_m) Is the base rotational angular velocity (ω₀) (Ω)_m≦ ω₀), After the tap tool has moved by a half distance (L / 2) of the entire moving distance (L), the rotational angular velocity is gradually reduced and moved by the entire moving distance (L). At this stage, it is necessary to control the rotational angular velocity (ω) of the main shaft to be zero.
[0030]
  Such a control method by reducing the rotational angular velocity is various and not particularly limited.
[0031]
  However, as will be described below, the rotation angular acceleration (dω / dt) is the same magnitude as the boundary where the tap tool has moved by a distance (L / 2) that is ½ of the total movement distance (L). The control method for reducing the rotational angular velocity (ω) to zero when the tap tool has moved by the total moving distance (L) by decelerating by the rotational angular deceleration by -d (dω / dt) is relatively Simple control and extremely convenient.
[0032]
  In any of the configurations (a) and (b), the rotational angular velocity of the spindle is the maximum value before the tap tool moves by a distance (L / 2) of the total moving distance (L). (Ω_m), For example, as shown in FIGS. 3A (in the case of the configuration (A)) and (B) (in the case of the configuration (B)), the maximum rotational angular velocity has been reached. After that, continue the maximum rotational angular velocity,Exceeding the 1/2 travel distance (L / 2), andThe distance traveled from the total travel distance (L) to the maximum rotational angular velocity (dω / dt) (L₁) Minus the distance (LL₁) And then decelerating at the same speed as the acceleration stage (in the case of the configuration (b),-(dω / dt having the same magnitude as dω / dt in the formula (2)). ), And in the case of the configuration of (b), the speed is reduced by − (dω / dt) by the same magnitude as dω / dt according to the two formulas of (2) and (2). The control method of the deceleration that stops the rotation when the tip of the tap tool reaches the tip of the hole by performing is easy to control the opposite phase according to time and distance, and is very convenient. is there.
[0033]
  In the configuration (b), the rotational angular acceleration (dω / dt) until the tip of the tap tool comes into contact with the object is expressed as T₀The rotational angular acceleration cannot be realized during the cutting process.
  However, the rotational deceleration (−T₀/ I) is the torque required to rotate the spindle (T_a) Is reduced by the amount of cutting torque (T_L) Can be realized.
[0034]
  In any of the configurations (a) and (b), the tapping tool moves a distance (L / 2) that is a half of the total moving distance (L), but the rotation speed of the spindle is the maximum rotation. Angular velocity (ω_m), The rotational angular velocity of the main shaft is continuously set to (2)1 set ofOf the maximum rotational angular velocity (ω) by the rotational angular acceleration (dω / dt) of_mIt is of course possible to stop the rotation at the stage where the tip of the tap tool is aligned with the tip of the hole after the spindle speed has been sharply reduced and then the spindle is rapidly reduced. .
[0035]
  However, when the tap tool is moved by a distance (L / 2) that is ½ of the total moving distance (L), the maximum rotational angular velocity (ω_m), As shown in FIGS. 3C (in the case of (A) configuration) and (D) (in the case of (B) configuration), the ½ distance (L / After moving by the distance of 2), decelerate at the same speed as the stage of acceleration (in the case of the configuration of (a), it has the same magnitude as dω / dt in the formula (2)-( In the case of the deceleration by dω / dt) and the configuration of (b) above, − (dω / dt) having the same magnitude as dω / dt by the two formulas of (2) and (2). Control at which the rotational angular velocity is zero at the stage where the tip of the tap tool reaches the tip of the hole by performing (deceleration by) is a simple and extremely convenient control method.
[0036]
  In any of the configurations (a) and (b), a preset maximum rotational angular velocity (ω_m) Is the base rotation angular velocity (ω₀), The rotational angular velocity (ω) of the spindle has already reached the base rotational angular velocity (ω) before the tap tool moves by a distance (L / 2) that is ½ of the total moving distance (L).₀) May be exceeded.
[0037]
  In this case, the rotational angular velocity (ω) of the main shaft rotates according to the following differential equation from the two equations (1).
[0038]

The general solution of the above differential equation is

(However, at time t, the rotational angular velocity of the spindle is ω.₀I.e., ω = ω₀Is set to zero. ).
[0039]
In general, P / T_L>> If considering that ω, as an approximate solution of the above differential equation,

  The following relational expression can be obtained.
[0040]
  That is, in any of the configurations (a) and (b), the rotational angular velocity of the main shaft is equal to the base rotational angular velocity ω.₀After reaching the above, based on the two differential equations of (1), the tap tool rotates based on the relationship of ω and t by the solution of (3) or the approximate solution of (3) ′. While moving to the tip side of the hole.
[0041]
  The rotational angular acceleration satisfying the two formulas of (1) is dω / dt = (P−T_Lω) / Iω, from the above equation (3) ′

(However, t is ω = ω₀The case where it reaches is zero. )
The rotational angular acceleration of the main shaft decreases sequentially with time t as described above.
[0042]
  In the configuration (a), when acceleration is performed according to the formula (1) and the formula (4), and in the configuration (b), the formula (2), formula (2) 1 In both cases of acceleration according to the equation (4) and the above equation (4), the maximum rotational angular velocity (ω) before the tap tool moves by a distance (L / 2) that is ½ of the total movement distance._m), The maximum rotational angular velocity was maintained as shown in FIG. 4 (a) (in the case of (A) configuration) and (b) (in the case of (B) configuration). In this state, the spindle and the tap tool rotate and move forward, move by the above-mentioned distance 1/2 (L / 2), and then from the total movement distance (L), the maximum rotational angular velocity(Ω _m )Distance traveled to reach (L₁) Minus the distance (LL₁) Only after moving, the same as the acceleration stagesize(In the case of the configuration (b), the deceleration by-(dω / dt) having the same size as dω / dt in the formula (2), in the case of the configuration (b) The tip of the tap tool becomes the tip of the hole by performing -deceleration by-(dω / dt) having the same size as dω / dt according to the two formulas of (2) and (1). Of course, it is possible to control to stop the rotation at the stage of reaching.
[0043]
  In the configuration (a), when acceleration is performed according to the formula (1) and the formula (4), and in the configuration (b), the formula (2), formula (2) 1 In both cases where the acceleration is performed according to the equation (4) and the equation (4), the rotational distance (ω) of the spindle is the maximum rotation even though the moving distance of the tap tool reaches half of the total moving distance. Angular velocity (ω_m4) (in the case of the configuration (A)) and (d) (in the case of the configuration (B)), the ½ distance ( After moving by L / 2), the vehicle is decelerated at the same speed as the acceleration stage (in the case of the configuration of (a), it has the same magnitude as dω / dt in the formula (2)-( In the case of the deceleration by dω / dt) and the configuration of (b) above, − (dω / dt) having the same magnitude as dω / dt by the two formulas of (2) and (2). It is of course possible to perform a control to stop the rotation at the stage where the tip of the tap tool reaches the tip of the hole that is opened by performing the deceleration.
[0044]
  In this way, the preset maximum rotational angular velocity (ω_m) Is the base rotational angular velocity (ω₀) Or the maximum rotational angular velocity (ω_m) Is the base rotational angular velocity (ω₀) Is greater than the maximum rotational angular velocity (ω) when the spindle is moved by half the total travel distance of the tap tool._mHowever, even in such a case, the rotational angular acceleration (dω / dt) at the stage of starting the rotation of the main shaft is expressed by the formula (2) (see above). In the case of (b) configuration), or by selecting so that the two formulas in (2) and the first formula in (2) (in the case of (b) configuration), the cutting torque (T_L), The torque that can be generated by the spindle motor can be used effectively, and the working efficiency in the hole cutting process can be improved.
[0045]
  This will be described in accordance with the following examples.
[0046]
[Example 1]
  As described in the section of the embodiment, the maximum rotational angular acceleration (ω) set by the program in both the configuration (a) and the configuration (b)._m) And the basic rotational angular velocity of the spindle motor (ω₀), The maximum rotational angular velocity (ω) when the tap tool is moved by a distance (L / 2) that is ½ of the entire moving distance._m) May not occur.
[0047]
  In the first embodiment, the rotational angular velocity at the stage of moving by a distance of ½ as described above is the maximum rotational angular velocity (ω_m) And the maximum rotational angular velocity (ω_m) Is the base rotational angular velocity (ω₀) Below (ω_m≦ ω₀), The rotational angular acceleration at the start of rotation of the main shaft is expressed by the above-mentioned formula (2) (in the case of the above-described configuration (a)), (In the case of the configuration of (b)), when the tap tool is moved by a distance (L / 2) that is ½ of the entire moving distance, the rotational angular velocity is the maximum rotational angular velocity (ω_mIt is characterized by adding a rotational angular acceleration such as
[0048]
  When the total moving distance by the tap tool is L, and the tap tool rotates once, the forward pitch width is b, and the time for the tap tool to move by the distance of L / 2 is t.₁L / 2 = 2πb · (dω / dt) · t₁ ²/ 2 holds, while ω_m= (Dω / dt) · t₁Because
  dω / dt = 2πbω_m ²/ L (5)
Get.
[0049]
  Thus, in Example 1, as shown in FIG. 5A, the maximum rotational angular velocity (ω_m) Is the base rotation angular velocity (ω₀) Below (ω_m≦ ω₀), A rotational angular velocity that satisfies the above formula (5) is applied to the spindle from the beginning, and the tap tool reaches a distance (L / 2) that is ½ of the rotational movement distance. Rotational angular velocity (ω_mAfter that, the deceleration method after that is to perform the deceleration control of the rotational angular velocity (ω) so that the rotational angular velocity (ω) of the main shaft becomes zero when the tap tool has moved by the entire moving distance (L). Just do it.
[0050]
  However, at the stage where the tip angular position of the tap tool reaches the tip of the opening, the rotational angular velocity becomes zero and the tap tool stops moving forward when the tip is decelerated with the same rotational angular velocity as in the above formula (5). The deceleration control method is very convenient because it can control the opposite phase according to time and distance.
[0051]
[Example 2]
  In Example 1, the maximum rotational angular velocity (ω_m) Is the base rotational angular velocity (ω₀) Below (ω_m≦ ω₀), But there is no such guarantee, rather the opposite (ω_m> Ω₀) Is often the case.
[0052]
  Moreover, the maximum rotational angular velocity (ω_m) Is the base rotational angular velocity (ω₀In many cases, the situation falls into such a state.
[0053]
  Also in Example 2,When the rotation angular acceleration after the start of rotation of the spindle is selected according to the above equation (2), the tap tool moves by a distance (L / 2) that is 1/2 of the total movement distance, but the rotation angular velocity is Maximum rotational angular velocity (ω_m) Is assumed to be not reached in advance.
[0054]
  However, in Example 2, the maximum rotational angular velocity (ω_m) And the base rotation angular velocity (ω₀) Regardless of the magnitude relationship of (), acceleration is performed such that the rotational angular velocity of the main shaft becomes the maximum rotational angular velocity when the tip of the tap tool comes into contact with the workpiece.
[0055]
  The distance that the tap tool moves until it abuts on the object is L ′, and when the tap tool makes one revolution, the forward pitch width is b, and the time that the tap tool moves by the distance L ′ is t ′. If you do
  L ′ = 2πb · (dω / dt) · t ′²/ 2
  On the other hand, ω_m= (Dω / dt) · t ′
  dω / dt = πbω_m ²/ L '(6)
  Get.
[0056]
  Thus, instead of Formula (2) (in the case of the configuration (A)), Formula (2), and Formula (2) (in the case of the (B) configuration) By selecting the formula (5), the maximum rotational angular velocity is reached when the tap tool is brought into contact with the object, and thereafter, as shown in FIG. 5B, the maximum rotational angular velocity is reached. (Ω_m) Is rotated according to the rotation speed of), and the subsequent deceleration is, in essence, deceleration control so that the rotational angular velocity (ω) becomes zero when the tap tool has moved by the entire movement distance (L). Just do it.
[0057]
  However, after the tap tool has moved by a distance (LL ′) obtained by subtracting the distance (L ′) from which the tap tool comes into contact with the total moving distance (L), the rotation by the same size as the equation (6) is performed. Deceleration is performed by angular deceleration − (dω / dt), and at the stage where the tip position of the tap tool reaches the tip of the hole to be opened, the rotational speed becomes zero, and the deceleration control method for stopping the advancement of the tap tool is as follows: Corresponding to time and distance, the opposite phase can be controlled, which is very convenient.
[0058]
  In the case of the second embodiment, the maximum rotational angular velocity (ω is already obtained when the tip of the tap tool comes into contact with the object._m), The main shaft quickly reaches the maximum rotation angular velocity, and extremely efficient rotation control can be realized.
[0059]
  However, in the case of Example 2, the distance (L / 2) that is 1/2 of the total moving distance (L) of the tap tool is larger than the distance (L ′) that the tap tool moves before reaching the contact. It is assumed that it is large (L> 2L ′).
[0060]
[Example 3]
  Example 1 and Example 2 both show the case where the tap tool advances by rotation and forms a hole in the object. Example 3 is a specific example after the advancement and formation are completed. Indicates.
[0061]
  That is, in the third embodiment, after the tap tool reaches the tip end position of the tap hole, in the step of returning the tap tool to the original position, the rotation angular velocity (ω) of the spindle from the start of the rotation of the spindle is the base of the rotary spindle motor. Rotational angular velocity (ω₀) To the constant torque (T₀) To torque required for friction with the object (T_L') Subtract (T₀-T_L′), Acceleration / deceleration torque (T_a′) And dividing by the moment of inertia (I) of the spindle (T_a′ / I) selected as the main axis rotation start angular acceleration when returning the main axis rotation angular acceleration (dω / dt)DoIt is characterized by that.
[0062]
  The tap tool rotates according to the rotational angular acceleration (dω / dt), and the rotational angular velocity (ω) is the base rotational angular velocity (ω₀), The above formula (4) (however, T in formula (4)_LInstead of T_L'Will be inserted. ) Must be rotated according to the rotation angular acceleration.
[0063]
  Control in which the rotational angular velocity (ω) of the spindle becomes zero when the tap tool is moved back to the original position after being retracted by a distance (L / 2) that is ½ of the entire moving distance (L). This method can be selected at any time.
  However, in any of the configurations (a) and (b), as in the case shown in FIGS. 3 and 4, the distance moved by a distance (L / 2) that is ½ of the entire moving distance (L). There is a control method for reducing the rotational angular velocity of the main shaft with a rotational angular deceleration − (dω / dt) having the same magnitude as the rotational angular acceleration (dω / dt) until moving to the location. It is simple and convenient.
【The invention's effect】
  As described above, the present invention can improve the cutting speed by effectively utilizing the torque generated by the spindle motor, and thus can improve the cutting operation efficiency related to the formation of the hole. It has epoch-making significance in the formation of.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a graph showing a relationship between a rotational angular velocity (ω) of a spindle motor and a generated torque (T).
FIG. 2 is a graph showing the relationship between time (t) and the rotational angular velocity (ω) of the main shaft, showing the basic principle of the present invention (note that T_L1, T_L2, T_L3Is the cutting torque T_LAre different values. ).
[Figure 3] Maximum rotational angular velocity (ω_m) Is the base rotational angular velocity (ω₀) Is a graph showing the moving distance (x) and the rotational angular velocity (ω) of the main shaft for representing the basic operation of the embodiment, in which (a) and (b) The maximum rotational angular velocity (ω before moving by half the total travel distance_m(B) and (b) are shown respectively, and (c) and (d) are distances that are 1/2 of the total moving distance of the tap tool. The maximum rotational angular velocity (ω_m(B) and (b) are shown in the case of not reaching ().
[Figure 4] Maximum rotational angular velocity (ω_m) Is the base rotational angular velocity (ω₀) Above, and in the case where the rotational angular velocity of the main shaft exceeds the base rotational angular velocity, a graph showing the movement distance (x) and the rotational angular velocity (ω) of the main shaft for representing the basic operation of the embodiment , (A), (b) are the maximum rotational angular velocities (ω) before the tap tool has moved by half the total travel distance._m(B) and (b) are shown respectively, and (c) and (d) are distances that are 1/2 of the total moving distance of the tap tool. The maximum rotational angular velocity (ω_m(B) and (b) are shown in the case of not reaching ().
FIG. 5 is a graph showing a movement distance (x) and a rotational angular velocity (ω) of a main shaft for representing the basic operation of Examples 1 and 2, wherein (a) shows the case of Example 1; FIG. 5B shows the case of the second embodiment.

Claims

予め下穴を形成している工作対象物に対し、主軸によって回転しているタップ工具を挿脱しながら、対象物に所定の深さ及び径による穴を形成するタップ穴形成加工において、切削に必要なトルク（Ｔ _Ｌ）を、下記の一般式によって予め設定したうえで、主軸の回転開始時から主軸の回転角速度（ω）が回転主軸モータの基底回転角速度（ω_０）に至る以前の段階に、主軸の回転開始角加速度として、主軸モータが発生する一定トルク（Ｔ_０）から対象物の切削に必要なトルク（Ｔ_Ｌ）を差し引くこと（Ｔ_０−Ｔ_Ｌ）によって、加減速トルク（Ｔ_ａ）を求め、主軸の慣性モーメント（Ｉ）によって除すること（Ｔ_ａ／Ｉ）によって得られた主軸の回転角加速度（ｄω／ｄｔ）を選択することに基づくタップ穴あけ加工における回転制御方法。
記

（但し、Ｄ：タップ外径（ｍ）、ｄ：下穴径（ｍ）、θ：ねじ山の半角度、Ｋ _１：被切削抵抗（ kgf ／ｍ ^２）、Ｋ _２：タップ形状及び切り屑による補正係数（単位なし）） Necessary for cutting in tap hole forming processing that forms holes with a predetermined depth and diameter in the object while inserting and removing the tap tool rotated by the main shaft to the work object in which the pilot hole has been formed in advance The torque (T _L ) is set in advance according to the following general formula, and before the main shaft rotation angular velocity (ω) reaches the base rotation angular velocity (ω ₀ ) of the main spindle motor from the start of the main shaft rotation. The acceleration / deceleration torque (T ₀ ) is obtained by subtracting the torque (T _L ) necessary for cutting the object from the constant torque (T ₀ ) generated by the spindle motor as the rotation start angular acceleration of the spindle (T ₀ -T _L ). seeking _a), the rotation system at tap drilling based on selecting the dividing (T a _{/ I)} rotational angular acceleration of the main shaft obtained by (dω / dt) by the inertial moment of the main axis (I) Your method.
Record

(However, D: Tap outer diameter (m), d: Pilot hole diameter (m), θ: Half angle of thread, K ₁ : Cutting resistance ( kgf / m ² ), K ₂ : Tap shape and chips Correction factor (without unit)

予め下穴を形成している工作対象物に対し、主軸によって回転しているタップ工具を挿脱しながら、対象物に所定の深さ及び径による穴を形成するタップ穴形成加工において、切削に必要なトルク（Ｔ _Ｌ）を、下記の一般式によって予め設定したうえで、主軸の回転開始時から主軸の回転角速度（ω）が回転主軸モータの基底回転角速度（ω_０）に至る以前の段階に、主軸の回転開始角加速度として、タップ工具の先端が対象物に到達するまでは、主軸モータが発生する一定トルク（Ｔ_０）を主軸の慣性モーメント（Ｉ）によって除すること（Ｔ_０／Ｉ）によって得られた主軸の回転角加速度（ｄω／ｄｔ）を選択し、タップ工具の先端が対象物に当接した以後は、主軸モータが発生する一定トルク（Ｔ_０）から、対象物の切削に必要なトルク（Ｔ_Ｌ）を差し引くこと（Ｔ_０−Ｔ_Ｌ）によって、加減速トルク（Ｔ_ａ）を求め、主軸の慣性モーメント（Ｉ）によって除すること（Ｔ_ａ／Ｉ）によって得られた主軸の回転角加速度（ｄω／ｄｔ）を選択することに基づくタップ穴あけ加工における回転制御方法。
記

（但し、Ｄ：タップ外径（ｍ）、ｄ：下穴径（ｍ）、θ：ねじ山の半角度、Ｋ _１：被切削抵抗（ kgf ／ｍ ^２）、Ｋ _２：タップ形状及び切り屑による補正係数（単位なし）） Necessary for cutting in tap hole forming processing that forms holes with a predetermined depth and diameter in the object while inserting and removing the tap tool rotated by the main shaft to the work object in which the pilot hole has been formed in advance The torque (T _L ) is set in advance according to the following general formula, and before the main shaft rotation angular velocity (ω) reaches the base rotation angular velocity (ω ₀ ) of the main spindle motor from the start of the main shaft rotation. As a rotation start angular acceleration of the spindle, the constant torque (T ₀ ) generated by the spindle motor is divided by the inertia moment (I) of the spindle until the tip of the tap tool reaches the object (T ₀ / I ), The rotation angular acceleration (dω / dt) of the main shaft obtained by (1) is selected, and after the tip of the tap tool comes into contact with the object, the object is cut from the constant torque (T ₀ ) generated by the main shaft motor. required for By subtracting the torque (T _L ) (T ₀ -T _L ), the acceleration / deceleration torque (T _a ) is obtained and divided by the inertia moment (I) of the main spindle (T _a / I). rotation control method in tapping drilling based on selecting the rotational angular acceleration (dω / dt).
Record

主軸の制御を行っているコンピューターのプログラムによって、回転加速度（ｄω／ｄｔ）を得ることを特徴とする請求項１又は２記載のタップ穴あけ加工における回転制御方法。By a computer program having a control of the spindle rotation control method in tapping drilling according to claim 1 or 2, wherein the obtaining a rotation acceleration (dω / dt).

タップ工具が、全移動距離（Ｌ）の１／２の移動距離（Ｌ／２）だけ移動する前に、主軸の回転速度（ω）が予め設定された最大回転角速度（ω_ｍ）に達した場合には、当該最大回転角速度を維持した状態にて移動を継続し、前記１／２の移動距離（Ｌ／２）を超え、更に全移動距離（Ｌ）から前記最大回転角速度（ω _ｍ）に至るまでに移動した距離（Ｌ _１）を差し引いた距離（Ｌ−Ｌ _１）だけ移動した後、前記最大回転角速度（ω _ｍ）に至るまで要した回転角加速度（ｄω／ｄｔ）と同一の大きさによる回転角減速度−（ｄω／ｄｔ）を以って主軸の回転の減速を行い、タップ工具が最先端に至る位置において、回転角速度を零とし、
タップ工具が全移動距離の１／２の距離だけ移動するも、主軸の回転角速度（ω）が、前記最大回転角速度（ω_ｍ）に到達しない場合には、当該１／２の距離だけ移動した後に、前記回転角速度（ｄω／ｄｔ）と同一の大きさによる回転角減速度−（ｄω／ｄｔ）を以って減速回転を行い、タップ工具がタップ穴の先端位置に至る位置において、回転角速度を零とすることを特徴とする請求項３記載のタップ穴あけ加工における回転制御方法。The rotational speed (ω) of the spindle has reached a preset maximum rotational angular speed (ω _m ) before the tap tool has moved by a moving distance (L / 2 ) that is ½ of the total moving distance (L) . In this case, the movement is continued in the state where the maximum rotation angular velocity is maintained, the movement distance (L / 2) exceeds 1/2, and the maximum rotation angular velocity (ω _m ) from the total movement distance (L ). Go to up to a distance (L ₁₎ after moving a distance (L-L ₁₎ obtained by subtracting the rotational angular acceleration same with (dω / dt) taken up to the maximum rotation velocity (omega _m) Rotational angle deceleration by size-(dω / dt) Decrease the rotation of the main shaft, and at the position where the tap tool reaches the most advanced position, the rotational angular velocity is zero,
When the tap tool moves by a half of the total moving distance, but the rotational angular velocity (ω) of the main shaft does not reach the maximum rotational angular velocity (ω _m ), the tapping tool has moved by the half distance. Later, at a position where the tap tool reaches the tip position of the tap hole, the rotation angular speed is reduced with a rotation angle deceleration − (dω / dt) having the same magnitude as the rotation angular velocity (dω / dt). The rotation control method in the tap drilling according to claim 3, wherein is set to zero.

回転開始以後の回転角加速度（ｄω／ｄｔ）を（Ｔ_０−Ｔ_Ｌ）／Ｉを選択した場合、又はタップ工具の先端が対象物に当接するまでの段階についてＴ_０／Ｉを選択し、当接した以後の段階について（Ｔ_０−Ｔ_Ｌ）／Ｉを選択した場合において、タップ工具が全移動距離の１／２の距離だけ移動するも、予め設定した最大回転角速度（ω_ｍ）に至っていないことが予め判明しており、しかも当該最大回転角速度（ω_ｍ）が、主軸モータの基底回転角速度（ω_０）以下である場合には、特に２πｂω_ｍ ^２／Ｌ（但し、ｂは、タップ工具の１回転当りの移動するピッチのピッチ幅を示し、Ｌは、タップ工具の全移動距離を示す。）を主軸の回転開始角速度として選択することを特徴とする請求項３記載のタップ穴あけ加工における回転制御方法。When (T ₀ −T _L ) / I is selected as the rotational angular acceleration (dω / dt) after the start of rotation, or T ₀ / I is selected for the stage until the tip of the tap tool comes into contact with the object, When (T ₀ -T _L ) / I is selected for the stage after contact, the tap tool moves by a half of the total moving distance, but the maximum rotational angular velocity (ω _m ) is set in advance. In particular, when the maximum rotational angular velocity (ω _m ) is less than or equal to the base rotational angular velocity (ω ₀ ) of the spindle motor, 2πbω _m ² / L (where b is indicates the pitch of the pitch to be moved per revolution of the tap tool, L is the tap drill according to claim 3, wherein the selecting.) showing the total movement distance of the tap tool as rotation start angular velocity of the spindle Rotation control in machining Method.

回転開始以後の回転角加速度（ｄω／ｄｔ）を（Ｔ_０−Ｔ_Ｌ）／Ｉを選択した場合、又はタップ工具の先端が対象物に当接するまでの段階についてＴ_０／Ｉを選択し、当接した以後の段階について（Ｔ_０−Ｔ_Ｌ）／Ｉを選択した場合において、タップ工具が全移動距離の１／２の距離だけ移動するも、予め設定した最大回転角速度（ω_ｍ）に至らないことが予め判明している場合に、タップ工具の先端が対象物に当接するまでに、タップ工具に対し、ｂπω_ｍ ^２／Ｌ’（但し、ｂは、タップ工具の１回転当りの移動するピッチのピッチ幅を示し、Ｌ’は、タップ工具の先端が対象物に当接するに至るまでに、タップ工具が移動する距離を示す。）を特に主軸の回転開始角速度として選択することを特徴とする請求項３記載のタップ穴あけ加工における回転制御方法。When (T ₀ −T _L ) / I is selected as the rotational angular acceleration (dω / dt) after the start of rotation, or T ₀ / I is selected for the stage until the tip of the tap tool comes into contact with the object, When (T ₀ -T _L ) / I is selected for the stage after contact, the tap tool moves by a half of the total moving distance, but the maximum rotational angular velocity (ω _m ) is set in advance. If it does not lead is previously known move, until the tip of the tap tool comes into contact with the object, with respect to the tap tool, bπω _{m 2} ^{/ L} '(where, b is the one rotation per tap tool to indicate the pitch of the pitch, L 'is characterized in that the tip of the tap tool is selected up to the contact with the object, as a rotation start angular velocity of the particular main axis.) indicating the distance from the tap tool is moved The tap drilling according to claim 3 Rotation control method in machining.

タップ工具がタップ穴の先端位置に至った後、タップ工具を元の位置に戻す工程において、主軸の回転開始時から主軸の回転角速度（ω）が回転主軸モータの基底回転角速度（ω_０）に至る以前の段階に、主軸モータが発生する一定トルク（Ｔ_０）から対象物との摩擦に必要なトルク（Ｔ_Ｌ’）を差し引くこと（Ｔ_０−Ｔ_Ｌ’）によって、加減速トルク（Ｔ_ａ’）を求め、主軸の慣性モーメント（Ｉ）によって除すること（Ｔ_ａ’／Ｉ）によって得られた主軸の回転角加速度（ｄω／ｄｔ）を戻る際の主軸の回転開始角加速度として選択することを特徴とする請求項３記載のタップ穴あけ加工における回転制御方法。In the step of returning the tap tool to the original position after the tap tool reaches the tip end position of the tap hole, the rotation angular velocity (ω) of the main shaft is changed to the base rotation angular velocity (ω ₀ ) of the rotation main shaft motor from the start of rotation of the main shaft. prior stages reaching, by 'subtracting the (T ₀ -T _L torque required from a certain torque (T ₀₎ in the friction with the object to the spindle motor generates (T _L)'), acceleration and deceleration torque (T _a ′) is obtained and divided by the moment of inertia (I) of the spindle (T _a ′ / I), and the rotation angular acceleration (dω / dt) of the spindle is selected as the rotation start angular acceleration of the spindle rotation control method in tapping drilling according to claim 3, characterized in that.